宋顏培，陳錦晶.基于增量動(dòng)力地震易損性分析的高層結(jié)構(gòu)抗震加固研究［J］.地震工程學(xué)報(bào)，2024，46（2）：309317.DOI：10.20000j.10000844.2023030700

摘要：

由于承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件分布不均勻，導(dǎo)致高層建筑框架承重構(gòu)件間的距離不相等。在地震時(shí)，這種不規(guī)則分布可能引起加速度共振效應(yīng)，從而導(dǎo)致建筑失穩(wěn)。為此，以地震動(dòng)強(qiáng)度、地震動(dòng)速度峰值、最大層間位移角為參數(shù)指標(biāo)，分析高層建筑的極限狀態(tài)，提出基于增量動(dòng)力地震易損性分析的高層結(jié)構(gòu)抗震加固研究。以某實(shí)際工程為試驗(yàn)對(duì)象，運(yùn)用ABAQUS軟件構(gòu)造高層建筑框架結(jié)構(gòu)三維模型，選取多條地震波以及符合場(chǎng)地條件的地震動(dòng)記錄進(jìn)行驗(yàn)證，繪制地震易損性曲線。結(jié)果表明：在高層建筑框架結(jié)構(gòu)中安裝阻尼器，可增強(qiáng)結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的承載力，改善高層建筑抗震性能;增加鋼板厚度可提高結(jié)構(gòu)抗震水平，降低極限狀態(tài)下框架結(jié)構(gòu)IO、LS與CP的超越概率;提高混凝土強(qiáng)度，可改善框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能。高層結(jié)構(gòu)完成抗震加固后，抗震能力由0.91提升至1.01。由此證明，以增量動(dòng)力分析得到的結(jié)構(gòu)易損性為基礎(chǔ)，對(duì)建筑易損性較大的地方進(jìn)行加固、完善，能夠改善高層建筑框架結(jié)構(gòu)地震易損性，減少地震災(zāi)害損失。

關(guān)鍵詞：

增量動(dòng)力分析;高層建筑;易損性;三維模型;地震動(dòng)強(qiáng)度;地震記錄

中圖分類號(hào)：TU973.14文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：10000844（2024）02-0309-09

DOI：10.20000j.10000844.2023030700

0引言

地震災(zāi)害頻繁發(fā)生［12］，高層建筑框架結(jié)構(gòu)起到重要的保護(hù)作用，因此對(duì)其進(jìn)行易損性分析是十分必要的。高層建筑的房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商也逐步將消能、阻尼設(shè)備的設(shè)置視為建筑市場(chǎng)的重點(diǎn)，以改善高層建筑的安全性。為提升高層建筑框架結(jié)構(gòu)抗震性能，需研究其地震易損性，發(fā)現(xiàn)其存在的不足以及彌補(bǔ)措施。趙鑫麗等［3］考慮設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差異及耐久性，提出老舊建筑結(jié)構(gòu)地震易損性評(píng)估方法研究，利用彈性耗能差和最大層位移角度來(lái)描述其抗震性能，并進(jìn)行了抗震性能的比較。楊鵬輝等［4］利用增量動(dòng)力分析法，研究框架結(jié)構(gòu)地震易損性，試驗(yàn)證明：能耗墻框架結(jié)構(gòu)存在較優(yōu)的抗震效果，符合地震情況下的抗震設(shè)防要求。韓建平等［5］建立三維性能極限狀態(tài)方程，研究了框架建筑地震易損性，試驗(yàn)證明：不考慮非結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷情況下，框架結(jié)構(gòu)的超越概率較低。李征等［6］提出自復(fù)位膠合木框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與地震易損性分析，給出了三層自復(fù)位膠合板框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算實(shí)例，利用OpenSees建立了一個(gè)簡(jiǎn)化的計(jì)算模型。盛金喜等［7］提出基于易損性指數(shù)的勁性鋼筋混凝土（StiffenedReinforcedConcrete，SRC）框架核心筒結(jié)構(gòu)地震損傷評(píng)估，設(shè)計(jì)了一個(gè)20層SRC框架核心筒的結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行了增量動(dòng)態(tài)分析，將第一周期頻譜加速度作為強(qiáng)度指標(biāo)，最大層間位移角度作為結(jié)構(gòu)要求，并定義了四個(gè)性能等級(jí)，對(duì)其進(jìn)行了易損性評(píng)價(jià)。胡寶琳等［8］提出新型金屬黏彈復(fù)合阻尼器力學(xué)模型與抗震性能研究，對(duì)一幢5層樓高的金屬黏彈復(fù)合阻尼器建筑進(jìn)行了地震響應(yīng)分析。王軍輝等［9］提出布置黏滯阻尼器框架結(jié)構(gòu)的抗震分析研究，確定了該結(jié)構(gòu)在多次地震下的響應(yīng)分析情況。Naderpoor等［10］提出同時(shí)存在傳感器和阻尼器故障情況下，基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建筑結(jié)構(gòu)地震自適應(yīng)控制，通過(guò)使用傳遞矩陣來(lái)解耦故障對(duì)傳感器和阻尼器的影響。

雖然上述研究取得一定進(jìn)展，但這幾種方法均未研究框架結(jié)構(gòu)基本材料鋼板與混凝土對(duì)其地震易損性的影響，同時(shí)并未考慮阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)的地震易損性的影響。針對(duì)以上問(wèn)題，提出基于增量動(dòng)力地震易損性分析的高層結(jié)構(gòu)抗震加固研究。在高層建筑框架結(jié)構(gòu)間距不一致的條件下，引入增量動(dòng)力分析，利用單調(diào)增量地震強(qiáng)度指數(shù)對(duì)各參數(shù)下的地震輸入進(jìn)行彈塑性時(shí)間過(guò)程解析，以期達(dá)到提升高層建筑框架結(jié)構(gòu)抗震效果。

1工況及研究方法

1.1工程概況

以一棟23層的高層建筑鋼框架結(jié)構(gòu)為試驗(yàn)對(duì)象，該高層建筑的主體結(jié)構(gòu)是鋼框架結(jié)構(gòu)，并在其內(nèi)部安裝阻尼器。該鋼框架結(jié)構(gòu)平面為49.7m（長(zhǎng)）×44m（寬），底層高度4.3m，剩下每層都是3.1m，總高度是72.5m。該鋼框架結(jié)構(gòu)可顯著降低扭轉(zhuǎn)與平動(dòng)間的耦聯(lián)，結(jié)構(gòu)外層為鋼殼，內(nèi)部澆注混凝土，具有較高的承載能力、較強(qiáng)的耐久性，可以提高結(jié)構(gòu)抗彎、抗剪性能，同時(shí)也提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能。該高層建筑平面垂直方向?yàn)?榀，各榀為7跨;水平方向?yàn)?榀，各榀為6跨。該高層建筑的抗震設(shè)防信息如表1所列。

該結(jié)構(gòu)梁柱均為Q345鋼，具體鋼板厚度及力學(xué)性能如表2所列。每層的樓板均選擇現(xiàn)澆混凝土樓板，厚度均為130mm，混凝土為C30與C50兩種強(qiáng)度［11］;該高層建筑中包含4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層，底層、2～11層、12～22層、頂層。

1.2有限元建模與地震動(dòng)輸入

（1）有限元模型構(gòu)建理論

框架結(jié)構(gòu)有限元模型以目標(biāo)高層建筑框架結(jié)構(gòu)與鋼材料力學(xué)性能為依據(jù)，結(jié)合框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度，判定地震易損性結(jié)構(gòu)狀態(tài)。在基于增量動(dòng)力分析理論的高層建筑框架結(jié)構(gòu)地震易損性分析數(shù)學(xué)模型中，通過(guò)添加地震動(dòng)強(qiáng)度、地震動(dòng)速度峰值、最大層間位移角等分項(xiàng)系數(shù)，找到各參數(shù)與框架結(jié)構(gòu)失效概率之間的關(guān)系，以此搭建高層建筑框架有限元模型。即：

①通過(guò)添加地震動(dòng)強(qiáng)度可以有效提高建筑結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，增加其抗震性能和耐震能力，從而降低高層建筑框架結(jié)構(gòu)的失效概率。但過(guò)度地添加地震動(dòng)強(qiáng)度也可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度過(guò)大，使得結(jié)構(gòu)變得較硬，在地震作用下易產(chǎn)生應(yīng)力集聚和局部破壞，反而增加結(jié)構(gòu)失效的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在基于增量動(dòng)力地震易損性分析的高層結(jié)構(gòu)抗震加固研究中應(yīng)綜合考慮各種因素，確保結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

②隨著地震動(dòng)速度峰值的增加，結(jié)構(gòu)受到的荷載和變形會(huì)相應(yīng)增大，從而導(dǎo)致高層建筑框架結(jié)構(gòu)的失效概率增加。

③隨著最大層間位移角分項(xiàng)系數(shù)的增加，高層建筑框架結(jié)構(gòu)受到的地震作用會(huì)變得更加劇烈和復(fù)雜。在較大的位移角下，高層建筑結(jié)構(gòu)往往會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的膨脹、收縮及扭曲等情況，導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度發(fā)生變化，進(jìn)而使框架結(jié)構(gòu)失效的風(fēng)險(xiǎn)也增加。

（2）參數(shù)設(shè)置

對(duì)高層建筑現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研及地貌分析，場(chǎng)地地勢(shì)南高北低，南北總長(zhǎng)約為190.00m。模擬場(chǎng)地土類型屬密實(shí)均勻的中硬場(chǎng)地土，場(chǎng)地類型為Ⅱ類，為抗震有力地段。該工作面地震加速度值為0.17g、覆蓋層厚度為20m、場(chǎng)地土等效剪切波速為253.47ms、場(chǎng)地特征周期為0.4s。對(duì)該工作面進(jìn)行建模，以表3參數(shù)為依據(jù)，建立三維高層建筑框架結(jié)構(gòu)模型。

（3）網(wǎng)格劃分

利用ABAQUS有限元分析軟件，按照實(shí)際高層建筑框架結(jié)構(gòu)建立數(shù)值模型，總單元數(shù)約為8.0萬(wàn)。由于地震易損性研究具有復(fù)雜性，因此需要對(duì)框架柱重要構(gòu)件進(jìn)行加密網(wǎng)格劃分，以此確保數(shù)值模擬計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單且不失真。加密網(wǎng)格劃分是有限元分析中常用的一種技術(shù)，其原理是將高層建筑框架結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵部位的單元尺寸進(jìn)行細(xì)化，以提高數(shù)值模擬的精度和準(zhǔn)確性。加密網(wǎng)格劃分的方法是均勻網(wǎng)格劃分方法：即將整個(gè)結(jié)構(gòu)的單元尺寸進(jìn)行統(tǒng)一加密，以提高全局模擬精度。在高層建筑框架結(jié)構(gòu)地震易損性研究中，對(duì)框架柱重要構(gòu)件進(jìn)行加密網(wǎng)格劃分，可以更加準(zhǔn)確地模擬柱的受力情況和變形響應(yīng)，從而提高地震易損性評(píng)估的可靠性和精度。有限差分?jǐn)?shù)值高層建筑框架結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分如圖1（a）所示。

（4）有限元建模

通過(guò)MATLAB確定DruckerPrager彈塑性本構(gòu)模型參數(shù)，模擬地震荷載。利用ABAQUS讀取開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)（OpenDataBase，ODB）數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)共享效果。采用Python編制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，向ABAQUS軟件中導(dǎo)入網(wǎng)格模型。選擇順序開(kāi)關(guān)并聯(lián)串聯(lián)調(diào)節(jié)器（SequentialSwitchingShuntSeriesRegulator，S4R），模擬該高層建筑的剪力墻、連梁與樓板［1213］，提高模擬精度，確保性能穩(wěn)定。

利用ABAQUS軟件為該高層建筑框架結(jié)構(gòu)構(gòu)造三維模型。高層建筑框架為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，分為底層、2～11層、12～22層、頂層結(jié)構(gòu)，利用有限元按照表1中框架基本參數(shù)進(jìn)行分析，并計(jì)算搭建模型。有限元模型單元的大小設(shè)為0.1m，共有5412個(gè)節(jié)點(diǎn)和6493個(gè)單元，直角坐標(biāo)x軸方向?yàn)槟媳狈较?，y軸方向?yàn)榇怪狈较颍瑉軸方向?yàn)闁|西方向。高層建筑框架結(jié)構(gòu)有限元模型如圖1（b）所示。

（5）地震動(dòng)輸入

地震動(dòng)輸入通過(guò)綜合分析即時(shí)通訊（InstantMessaging，IM）準(zhǔn)則與數(shù)據(jù)管理（DataManagement，DM）準(zhǔn)則，設(shè)置高層建筑框架結(jié)構(gòu)倒塌點(diǎn)，如果θmaxlt;5%，那么以CIM為框架結(jié)構(gòu)倒塌閾值;如果θmax≥5%，那么以θmax=5%時(shí)相應(yīng)的IM值為高層建筑框架結(jié)構(gòu)倒塌閾值。綜合數(shù)據(jù)分析（IntegratedDataAnalysis）極限狀態(tài)定義如表4所列。

令極限狀態(tài)概率是P，結(jié)構(gòu)在指定S（T1）時(shí)，極限狀態(tài)概率如下：

PDV（0Sa）=∑PDVLS（0R）PDMIM（Dgt;RSa）（1）

式中：DV為指示變量，當(dāng)DV=0時(shí)達(dá)到極限狀態(tài);D為地震反應(yīng);Sa、R的P分別為P（0Sa）、PDVLS（0R）;PDVLS為L(zhǎng)S的P;R為抗震能力;Sa是加速度為a時(shí)的地震動(dòng)強(qiáng)度;指標(biāo)為DM、IM時(shí)，高層建筑框架結(jié)構(gòu)Dgt;R的概率是PDMIM（Dgt;RSa）。

令結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)數(shù)均值、標(biāo)準(zhǔn)差分別為α、β，簡(jiǎn)化式（1）獲?。?/p>

P′=Φμlnβ2c+β2d=Φμlnα［Sa（T1，5%）］ββ2c+β2d（2）

式中：P′為超越概率;為不同極限狀態(tài)時(shí)高層建筑框架結(jié)構(gòu)能力參數(shù);μ為修正系數(shù);Φ（·）為函數(shù);為結(jié)構(gòu)反應(yīng)中位值［1415］;在IM、DM準(zhǔn)則下，θmax的中值標(biāo)準(zhǔn)差是βd、βc。需符合的條件如下：

ln=a+bln［Sa（T1，5%）］（3）

式中：a=lnα，b=lnβ。

利用表3獲取IO、LS、CP時(shí)的值，這樣便能獲取時(shí)以Sa（T1，5%）或PGV為自變量的地震動(dòng)輸入曲線。其具體步驟流程如圖2所示。

利用增量動(dòng)力分析（IncrementalDynamicAnalysis，IDA），分析安裝阻尼器、不同鋼板厚度、不同混凝土強(qiáng)度時(shí)，高層建筑框架結(jié)構(gòu)的地震易損性。在增量動(dòng)力分析中，考慮各個(gè)變量之間的多元線性關(guān)系，其表達(dá)式為：

=a0+b1x1+b2x2+…+bnxn（4）

式中：a0表示常數(shù)項(xiàng);b1、b2、…、bn均表示回歸系數(shù)。假設(shè)兩個(gè)變量x、y的觀測(cè)值分別為（x1，y1），（x2，y2），…，（xi，yi），將增量動(dòng)力分析下高層建筑的極限狀態(tài)表示為：

JXZ=∑ni=1［（a+bxi）-yi］2（5）

式中：a、b分別表示搭接面的長(zhǎng)和寬。

根據(jù)高層建筑的極限狀態(tài)，以地震強(qiáng)度指標(biāo)（IM）與結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)（DM）作為研究高層建筑框架結(jié)構(gòu)地震動(dòng)輸入的指標(biāo)，以地震動(dòng)強(qiáng)度S（T1）與地震動(dòng)速度峰值PGV為IM，T1是時(shí)間，以最大層間位移角θmax為DM。

（6）有限元計(jì)算結(jié)果

在軟件模型中賦予數(shù)學(xué)模型中各個(gè)參數(shù)值并進(jìn)行計(jì)算。高層建筑框架不僅承受軸向力，而且也承受附加的彎矩作用，因此利用ABAQUS軟件模擬地震動(dòng)時(shí)高層建筑框架結(jié)構(gòu)的x軸、y軸、z軸方向上的結(jié)構(gòu)損傷。從不同位置選取20個(gè)結(jié)構(gòu)倒塌檢測(cè)點(diǎn)作為地震易損性分布狀態(tài)數(shù)值模擬分析對(duì)象。地震動(dòng)強(qiáng)度不斷增大時(shí)，高層建筑框架結(jié)構(gòu)地震易損性不斷改變。根據(jù)《建筑抗震韌性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》［16］，將地震易損性從高到低分為5個(gè)等級(jí)（表5）。

通過(guò)ABAQUS軟件計(jì)算高層建筑框架結(jié)構(gòu)地震易損性。色譜圖顏色越深表明地震時(shí)高層建筑架構(gòu)結(jié)構(gòu)擺幅越強(qiáng)、位移越大、地震易損性越高。高層建筑框架結(jié)構(gòu)地震易損性數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

1.3抗震阻尼的關(guān)聯(lián)

在地震中，結(jié)構(gòu)振動(dòng)是主要的破壞因素之一。為了減輕地震對(duì)于結(jié)構(gòu)的破壞程度，需要采取一些措施來(lái)提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。其中，阻尼器是一種較為有效的耗散裝置，能夠消耗地震反力所攜帶的能量，減緩結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅度，從而減少結(jié)構(gòu)的破壞程度。在高層建筑框架結(jié)構(gòu)地震易損性分析中，阻尼的非線性特性對(duì)建筑框架結(jié)構(gòu)起到了較大的作用，特別是在結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)時(shí)，由于結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)減振特性發(fā)生變化，阻尼器通過(guò)耗散地震反力所攜帶的能量，減緩結(jié)構(gòu)的振動(dòng)幅度，降低結(jié)構(gòu)地震需求。當(dāng)?shù)卣鸱戳ψ饔糜诮Y(jié)構(gòu)時(shí)，阻尼器將產(chǎn)生一定的滯回力，使得結(jié)構(gòu)的總共振制件剛度變小，從而有效地降低了結(jié)構(gòu)的周期，并增加結(jié)構(gòu)的阻尼比，進(jìn)而減少了結(jié)構(gòu)振動(dòng)的峰值加速度。阻尼器的耗能能力越大，其減震功效就越好。

在易損性分析中，結(jié)構(gòu)在地震中的非線性反應(yīng)是非常重要的。在高層建筑框架結(jié)構(gòu)中，層間變形主要是由彎曲變形分量和剪切變形分量?jī)刹糠纸M成，剪切變形分量是可以加速阻尼元件運(yùn)行工作的分量。根據(jù)高層建筑框架結(jié)構(gòu)基本參數(shù)和場(chǎng)地特性，選取與目標(biāo)反應(yīng)譜吻合的地震波。利用GM_Tools地震波處理軟件生成規(guī)范反應(yīng)譜，篩選與目標(biāo)反應(yīng)譜匹配且控制參數(shù)吻合的地震波。按照我國(guó)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011—2010）》及《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GBT51408—2021）》，對(duì)地震波的PGA進(jìn)行調(diào)整。選擇太平洋地震工程研究中心運(yùn)作的PEER地震動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)https：ngawest2.berkeley.edu.，按距離、場(chǎng)地、震源類型等條件選擇地震記錄，生成我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的反應(yīng)譜對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)文件（表6）。地震動(dòng)反應(yīng)譜如圖4所示。

2地震易損性分析

2.1阻尼對(duì)高層建筑框架結(jié)構(gòu)地震易損性的影響

利用增量動(dòng)力分析法研究該高層建筑框架結(jié)構(gòu)中安裝阻尼器對(duì)框架結(jié)構(gòu)地震易損性的影響。以鋼板厚度為6mm、混凝土強(qiáng)度為C30、近場(chǎng)地震波為例，在不同地震動(dòng)時(shí)該高層建筑框架結(jié)構(gòu)的IDA曲線如圖5所示。

根據(jù)圖5可知，地震波存在較大的隨機(jī)性，因此在不同地震波時(shí)，有、無(wú)安裝阻尼器的高層建筑框架結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)存在較為顯著的差異性，同時(shí)離散性也均較大;在不同地震波時(shí)，有、無(wú)安裝阻尼器的高層建筑框架結(jié)構(gòu)中均是Sa（T1，5%）越大，IDA曲線斜率越小，說(shuō)明框架結(jié)構(gòu)由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)換至塑性狀態(tài)，最后變成倒塌狀態(tài);安裝阻尼器的IDA曲線斜率整體高于未安裝阻尼的高層建筑框架結(jié)構(gòu)。

為更直觀地描繪地震作用下高層建筑框架結(jié)構(gòu)IDA曲線的變化規(guī)律，統(tǒng)計(jì)15%、50%、80%百分位IDA曲線，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖6所示。

根據(jù)圖6可知，有、無(wú)安裝阻尼器的高層建筑框架結(jié)構(gòu)三種分位IDA曲線的變化規(guī)律大致相同，均是Sa（T1，5%）與最大層間位移角呈正比，與IDA曲線斜率呈反比，相比圖3其IDA變化曲線更加明顯;兩種框架結(jié)構(gòu)中均為50%分位IDA曲線位于中間位置。為此，后續(xù)試驗(yàn)中均選擇50%分位IDA曲線描繪不同情況下高層建筑框架結(jié)構(gòu)的地震易損性。

有、無(wú)阻尼器的高層建筑框架結(jié)構(gòu)在IO、LS、CP三種極限狀態(tài)時(shí)，其相應(yīng)值與最大層間位移角如表7所列。

根據(jù)表7可知，極限狀態(tài)一致時(shí)，有、無(wú)安裝阻尼器的高層建筑框架結(jié)構(gòu)最大層間位移角均相同，有阻尼器框架結(jié)構(gòu)的Sa（T1，5%）明顯高于無(wú)阻尼器的框架結(jié)構(gòu)，且Sa（T1，5%）越大，說(shuō)明高層建筑框架結(jié)構(gòu)的抗震性能越佳，地震易損性越小。因此，在高層建筑框架結(jié)構(gòu)中安裝阻尼器可提升Sa（T1，5%），降低其地震易損性。

2.2鋼板厚度對(duì)建筑框架結(jié)構(gòu)的地震易損性的影響

利用增量動(dòng)力分析法研究不同鋼板厚度對(duì)高層建筑框架結(jié)構(gòu)地震易損性的影響。以安裝阻尼器、混凝土強(qiáng)度為C30、近場(chǎng)地震波為例，在不同鋼板厚度下該高層建筑框架結(jié)構(gòu)在不同極限狀態(tài)時(shí)的超越概率如圖7所示。

三種極限狀態(tài)時(shí)，不同鋼板厚度下高層建筑框架結(jié)構(gòu)的P′均隨Sa（T1，5%）的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，且鋼板厚度越厚，三種極限狀態(tài)時(shí)的P′越小，且各極限狀態(tài)趨勢(shì)穩(wěn)定的速度越慢，表示高層建筑框架結(jié)構(gòu)在開(kāi)始的彈塑性階段后存在較優(yōu)的延性與抗倒塌性能，可確保高層建筑框架結(jié)構(gòu)的安全;不同鋼板厚度時(shí)，IO的P′曲線上升速度最快，其次是LS，上升速度最慢的是CP;當(dāng)鋼板厚度超過(guò)8mm時(shí)，三種極限狀態(tài)時(shí)高層建筑框架結(jié)構(gòu)的P′差距均較小。試驗(yàn)證明：增加鋼板厚度即提升鋼板強(qiáng)度，可有效降低IO、LS與CP極限狀態(tài)時(shí)的P′，從而提升框架結(jié)構(gòu)的延性與抗倒塌性能。

2.3不同混凝土強(qiáng)度對(duì)建筑框架結(jié)構(gòu)地震易損性的影響

利用增量動(dòng)力分析法研究C30、C50對(duì)結(jié)構(gòu)地震易損性的影響。以安裝阻尼器、鋼板厚度為10mm、近場(chǎng)地震波為例，在不同混凝土強(qiáng)度下該高層建筑框架結(jié)構(gòu)的不同極限狀態(tài)時(shí)的超越概率如圖8所示。

根據(jù)圖8可知，隨著PGV與Sa（T1，5%）不斷提升，C30、C50兩種混凝土等級(jí)下高層建筑框架結(jié)構(gòu)IO、LS、CP極限狀態(tài)時(shí)的超越概率上升速度下降;當(dāng)PGV與Sa（T1，5%）一致時(shí)，C30的高層建筑框架結(jié)構(gòu)CP極限狀態(tài)時(shí)的超越概率明顯高于C50?；炷翉?qiáng)度為C30和C50時(shí)，CP極限狀態(tài)時(shí)的超越概率分別為0.7、0.3，概率值最大，其次是LS，IO時(shí)最小，分別為0.4、0.2;可以滿足建筑框架結(jié)構(gòu)對(duì)抗震體系指標(biāo)的性能要求。試驗(yàn)證明：提升混凝土強(qiáng)度，可有效降低高層建筑框架結(jié)構(gòu)的IO、LS、CP極限狀態(tài)時(shí)的超越概率，緩解框架結(jié)構(gòu)的倒塌性能，提升框架結(jié)構(gòu)地震易損性。

3加固前后抗震能力分析

在上述地震易損性分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，以安裝阻尼器、鋼板厚度10mm、混凝土強(qiáng)度C50為條件，加固高層建筑框架。選擇近場(chǎng)地震波完成加固前、后抗震能力分析，分析結(jié)果如表8所列。

根據(jù)表8可知，20個(gè)結(jié)構(gòu)倒塌檢測(cè)點(diǎn)抗力效應(yīng)比均≥1，即抗震能力均達(dá)到抗震要求。由此表明，通過(guò)增量動(dòng)力方法分析地震易損性，能夠有效提高高層結(jié)構(gòu)抗震能力，實(shí)現(xiàn)高層結(jié)構(gòu)抗震加固。

4結(jié)論和討論

增量動(dòng)力分析法能夠分析不同地震動(dòng)時(shí)的地震響應(yīng)，本文以高層建筑框架結(jié)構(gòu)與鋼材料力學(xué)性能為依據(jù)，研究框架結(jié)構(gòu)基本材料鋼板與混凝土對(duì)其地震易損性的影響，有效描繪建筑的地震易損性。以一棟23層高層建筑框架結(jié)構(gòu)為試驗(yàn)對(duì)象，提出基于增量動(dòng)力地震易損性分析的高層結(jié)構(gòu)抗震加固研究。試驗(yàn)得到如下結(jié)論：

（1）增量動(dòng)力分析法可有效繪制高層建筑框架結(jié)構(gòu)的IDA曲線，地震動(dòng)強(qiáng)度越大，IDA曲線斜率越小，說(shuō)明框架結(jié)構(gòu)由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)換至塑性狀態(tài)，最后變成倒塌狀態(tài);地震波存在較大的隨機(jī)性，安裝阻尼器的IDA曲線斜率整體高于未安裝阻尼的高層建筑框架結(jié)構(gòu)。

（2）有、無(wú)安裝阻尼器的高層建筑框架結(jié)構(gòu)，三種分位IDA曲線的變化規(guī)律大致相同，地震動(dòng)強(qiáng)度與層間位移角呈正比;增加鋼板厚度即提升鋼板強(qiáng)度，可有效降低極限狀態(tài)，提升框架結(jié)構(gòu)的延性與抗倒塌性能。

（3）提升混凝土強(qiáng)度可有效降低高層建筑框架結(jié)構(gòu)的IO、LS、CP極限狀態(tài)時(shí)的超越概率，緩解框架結(jié)構(gòu)的倒塌性能，提升框架結(jié)構(gòu)地震易損性，本文所研究的方法具有較好的效果。

（4）在安裝阻尼器、鋼板厚度為10mm、混凝土強(qiáng)度為C50的條件下，高層結(jié)構(gòu)抗震加固效果較優(yōu)，可以達(dá)到1.01。

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（本文編輯：張向紅）

收稿日期：20230307

基金項(xiàng)目：江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（GJJ2203120）

第一作者簡(jiǎn)介：宋顏培（1980-），女，吉林公主嶺人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：土木工程、建筑結(jié)構(gòu)。

Email：songyanpei0606@163.com。